[发明专利]一种双喉道自起动超音速旋流分离器及其分离方法

说明书

技术领域

本发明属于气体脱可凝结物技术领域，具体涉及一种双喉道自起动超音速旋流分离器及其分离方法，主要应用于天然气脱可凝结物净化分离领域以及含相变的气液分离领域。

背景技术

天然气作为一种清洁、高效的能源，在世界一次能源消费市场中占据着越来越大的份额。从地下采出的天然气含有大量水蒸汽。在天然气集输过程中，水蒸汽易凝结成液态水。在一定的温度和压力条件下，天然气中的液态水还会结冰或者与烃结合生成天然气水合物，造成管线及其附属器件的堵塞，降低天然气产量和管线输送能力。此外，液态水易融解CO₂、H₂S等酸性气体，形成具有强腐蚀性的酸，从而加速管线的腐蚀。因此，天然气在进入输气管线之前，必须进行脱水工艺处理。

目前国内天然气集输系统采用的脱水技术主要有：长庆油田的三甘醇脱水系统、西南油气田的J-T阀低温系统、大庆油田的透平膨胀机脱水系统、塔里木气田的分子筛脱水及低温分离系统，这些技术不但结构复杂而且运行成本高。天然气超音速旋流脱水是一种新型的脱水技术，是天然气脱水领域的一项革命性技术。它利用天然气在超音速状态下的蒸汽冷凝现象进行天然气脱水，在热力学原理和系统构成上与传统的天然气脱水方法有显著的区别。天然气超音速脱水将膨胀机、分离器和压缩机的功能集中到一个管道中，具有结构简单紧凑，无转动部件，可靠性高，无化学处理系统，低投资和维护费用等优点。对于这一天然气处理技术的研究，国外主要有荷兰Twister BV公司和俄罗斯ENGO旗下的Translang公司。国内持续研究单位主要有北京航空航天大学、中国石油大学(华东)、北京工业大学、西安交通大学和大连理工大学等。该技术发展至今，在技术上不断取得进步。

一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，该装置的收缩段内含一中心锥，该中心锥两端支撑分别是：入口法兰内孔上周向均布的三个支撑架和旋流器叶片，该旋流器叶片内置于喷管收缩段末端的喷管内壁和中心锥之间。通过削尖所述中心锥和法兰内孔支撑架的左端部的方式来减小气体在入口的阻力；但其旋流叶片内置于喷管收缩段高速区，在高速区起旋，流动损失大。

一种天然气超音速脱水除液净化分离撬装装置，该装置包含多个超音速分离管和一个水合物分离器，其实质在于将多个超音速分离管周向并联均布于水合物分离器筒体表面，多个超音速分离管并联可增大处理量。其超音速分离管的收缩段是按维托辛斯基曲线设计的，这是收缩喷管得到均匀一维流通常所采用的型线，但这种线型用于提高小直径喷管气流轴向的均匀度意义不大。

一种湿气再循环超音速气体净化分离装置该装置包含一个开环回路再循环部件，致力于将残存在循环气体中的液滴循环旋分出来。其虽然将含湿分离流引入旋流器入口进行循环旋流分离处理，有利于减少分离流的含气量，但是也再一次将蒸发源引入了喷管内，含湿气体中的液态相会占据喷管的流通面积影响喷管的工作状态，即引入了流动状态不稳定因素。其次，旋流器内置于喷管高速区，流动损失大。

一种锥心式超音速冷凝旋流分离器，该装置实质为带中心锥的Laval喷管，在喷管内置一中心锥，通过改变中心锥不同截面的直径来控制喷管收缩段、喉道和扩张段的流通面积，而喷管的内型面则是简单的锥角或等径旋转体。避免了小管径内壁面小锥角加工难的问题，而选择易于加工的外壁面。其次，径向叶片布置式旋流器损失较大。

一种天然气超音速脱水方法及超音速脱水装置，该装置仅在于超音速旋流脱水分离，并对含湿气体进行二次沉降分离，两次分离的“干气”汇合进入外输管线，经稳压罐一次分离和超音速旋流二次沉降分离的水和重烃进入烃回收装置，实现了重烃回收。

一种激波可控超音速气体除湿装置，该装置设计了斜激波+正激波的激波压缩区形态，致力于减小激波阻力损失和避免强激波诱导边界层分离。其喷管中心锥结束于喷管中后部，通过在喷管中心锥末端增加突起的形式设置了喷管第二喉道，将喷管分为超音速区和亚音速区，并优化缩短了喷管总长度。该专利称所涉及的激波系避免了强激波诱导边界层分离是不准确的，其仍存在边界层分离，另外双喉道管流存在起动问题，没有给出相应的解决办法。